Regenerative Medizin verspricht, den Zahn der Zeit umzukehren

Der menschliche Körper ist wie eine Maschine – er muss ständig aufgetankt und gewartet werden, um zu funktionieren. Die meisten dieser Prozesse laufen ohne unser Zutun ab – außer dass wir heute entscheiden, was wir essen. Es gibt jedoch Zeiten, in denen die automatischen Reparaturprozesse unseres Körpers aufgrund eines Unfalls, einer Krankheit oder des Alters nicht mehr funktionieren, etwas falsch machen oder einfach versagen.

Die meisten Leser wissen wahrscheinlich, dass Eidechsen ein Schwanz wachsen kann, wenn ein Seestern einiger Arten in Stücke geschnitten wird, die sich jeweils zu einem vollwertigen Seestern regenerieren, und einem Axolotl sowohl Gliedmaßen als auch Teile des Gehirns wachsen können. Auch der Mensch verfügt über eine erstaunliche Regenerationsfähigkeit – allerdings meist nur in der Leber. Es kann sogar nachwachsen, nachdem drei Viertel entfernt wurden.

Regenerative Medizin zielt darauf ab, entweder regenerative Prozesse in beschädigtem Gewebe einzubeziehen oder beschädigte Organe und Gewebe durch andere zu ersetzen, die unter Verwendung des genetischen Materials des Patienten separat gezüchtet wurden. Wir bewegen uns möglicherweise auf eine Zukunft zu, in der Ersatzorgane immer verfügbar sind und viele Verletzungen von irreversibel zu vorübergehend werden – einschließlich Lähmungen.


Alles beginnt mit Wissen

Seit Anfang des 20. Jahrhunderts das Aufkommen neuer Technologien es uns ermöglichte, die Mikrowelt viel detaillierter zu untersuchen, ist unser Verständnis der menschlichen und tierischen Physiologie im Allgemeinen deutlich gewachsen. Obwohl empirische Medizin

gestartet

zurück in die sumerische Zivilisation im 3. Jahrhundert v. [на самом деле даже неандертальцам уже были известны лекарственные травы – прим. пер.]kam ein allgemeines Verständnis der Prozesse und Komponenten, die das Funktionieren des Körpers sicherstellen, viel später.

1869 wurde erstmals DNA isoliert Johann Friedrich Miescher, aber die Struktur des Makromoleküls wurde erst 1953 beschrieben. Diese Entdeckung legte den Grundstein für die Molekularbiologie, die versucht, die molekularen Grundlagen biologischer Prozesse zu verstehen. Der gegenwärtige Moment ähnelt dem Übergang in der Physik von der klassischen zur Quantenmechanik – er verlagert unsere Aufmerksamkeit von makroskopischen Beobachtungen auf ein grundlegendes Verständnis der Grundlagen dieser Beobachtungen.


Alterseinteilung der japanischen Bevölkerung

All dies hat es uns ermöglicht, unser Wissen darüber, wie der Körper auf Schäden reagiert, und die molekularen Grundlagen regenerativer Prozesse sowie warum Menschen keine Gliedmaßen nachwachsen können, erheblich zu erweitern. 1999 prägte William Haseltine den Begriff “regenerative Medizin”, und 2001 schrieb er Artikel darüber, wie er sie sich vorstellt. Es soll nicht nur bei Verletzungen durch Unfälle und Krankheiten funktionieren, sondern auch bei altersbedingten Veränderungen. Dies sollte uns helfen, die drohende demografische Krise zu bekämpfen, da das Durchschnittsalter der Weltbevölkerung weiter steigt.

Der Stand der Regenerativen Medizin im Jahr 2015 wurde in beschrieben Artikel Angelo Mao und andere. Es beschreibt die Methoden der künstlichen Züchtung von Geweben und Organen sowie die Stimulierung innerer Regenerationsfähigkeiten. Der Artikel enthält auch eine Beschreibung biomedizinischer Methoden zur Züchtung von Geweben, da dieses Thema eine große Schnittmenge mit der regenerativen Medizin aufweist. Trotz des erheblichen Zeit- und Geldaufwands, der erforderlich ist, um regenerative Medizin auf den Markt zu bringen, listen Mao und sein Team die derzeit von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassenen Produkte auf:

Dies waren natürlich keine Wundermittel, aber sie bewiesen die Wirksamkeit der gewählten Ansätze und zeigten eine Effizienz, die nicht schlechter war als die der bestehenden. Und wenn ein Teil der Anwendungsstrategie darin besteht, die Zellen an die beschädigte Stelle des Körpers zu bringen, wo sie sich selbst reparieren können, dann erfordert ein anderer wichtiger Teil die Schaffung extrazelluläre Matrix (extrazelluläre Matrix, ECM). Dies sind die wichtigsten Strukturen in vielen Geweben und Organen des Körpers, die nicht nur die Zellen unterstützen, sondern auch eine Rolle bei Wachstum und Regeneration spielen.

ECMs bestehen jedoch nicht aus Zellen und gelten daher als „Medizinprodukte“. Sie spielen eine Rolle bei der Heilung der Haut, um Narbenbildung zu verhindern, und beteiligen sich auch an einem anderen attraktiven Aspekt der regenerativen Medizin: dem Wachstum von Organen und Körperteilen „in vitro“ unter Verwendung patienteneigener Zellen. Zum Beispiel Mays Jr. mit Kollegen im Jahr 2010 Bericht über einen 19-jährigen US-Marine, dem durch eine Explosion ein Muskel im rechten Oberschenkel abgerissen wurde. Vier Monate nachdem die aus der Submukosa eines Schweins extrahierte ECM in den geschädigten Bereich implantiert wurde, wurde das Muskelwachstum aufgezeichnet.

Ein wichtiges Forschungsgebiet ist dabei die Entwicklung synthetischer Stützstrukturen ähnlich der ECM. Ihre Anwesenheit beschleunigt den Regenerationsprozess, erleichtert ihn und verleiht ihm Flexibilität. Auf synthetischen Trägern ist es viel einfacher, größere Strukturen “in vitro” zu züchten – und genau das ist erforderlich, um Organe wie Nieren, Herzen und so weiter zu züchten. Idealerweise müssten diese Organe gezüchtet werden induzierte pluripotente Stammzellen (iSC) – die eigenen Zellen des Patienten kehrten in einen nicht spezialisierten Zustand zurück.

Austausch von Ersatzteilen

Es ist kaum verwunderlich, dass das Gebiet, das fast alle Wissenschaften vereint, die auf die eine oder andere Weise mit der Humanbiologie zu tun haben, keine leichte Aufgabe ist. Es ist eine Sache, ein funktionierendes System zu studieren, es ist eine andere Sache, eines von Grund auf neu zu entwickeln. Natürlich wäre es großartig, Zugang zu einer unbegrenzten Anzahl von Ersatzorganen zu haben, die aus ISCs gezüchtet werden könnten – aber die Komplexität der Organstruktur erlaubt uns dies noch nicht.

Je einfacher ein Organ ist, desto einfacher ist es, es in einem Reagenzglas zu züchten. Idealerweise sollte es aus Zellen des gleichen Typs bestehen und sich in einem Nährmedium ohne ECM glücklich teilen. Ein attraktives Ziel ist zum Beispiel die Hornhaut – die Zahl der Menschen auf der Liste derer, die auf eine Hornhauttransplantation warten, übersteigt die Zahl der Spender deutlich.

BEI Übersichtsbericht Mobaraki et al., 2019, überprüfen verschiedene zugelassene Hornhautersatzoptionen und alle möglichen neuen Techniken. Obwohl es künstliche Hornhäute schon seit vielen Jahren gibt, haben sie viele Probleme mit der Biokompatibilität und anderen Dingen, die sie auf lange Sicht unbrauchbar machen. Der Mangel an Spenderhornhäuten gilt als ernstes Problem. Bisher konzentrierte sich die Regenerative Medizin auf die Verwendung von Stammzellen aus Hornhaut-Limbus (limbale Stammzellen, LSC). Dieser vielversprechende Weg zur Korrektur von Augenoberflächendefekten wird seit 1977 untersucht.


Die Entwicklung der Untersuchung des Bereichs der Wiederherstellung der Augenoberfläche

LSCs spielen eine Rolle bei Hornhautregenerationsprozessen und bilden die Grundlage für entweder das Wachsen von Ersatzhornhäuten oder die Reparatur beschädigter Hornhäute, wobei ECM nach Bedarf hinzugefügt wird. Dies kann in Kombination mit einer Unterdrückung der lokalen Immunantwort erfolgen, was eine natürliche Heilung induzieren kann. Bevor es jedoch von der FDA zugelassene Methoden für die In-situ-Reparatur der Hornhaut oder den Ersatz durch eine aus der Röhre gezogene Hornhaut gibt, muss noch viel mehr Forschung betrieben werden.

In ähnlicher Weise entwickelt sich das Gebiet der künstlichen Hautentwicklung. Glücklicherweise hat der Patient in der Regel genug eigene Haut, die transplantiert werden kann. Dennoch scheint die Entwicklung von technischen Hautersatzstoffen (ESS) vorzuziehen. Dieser Ansatz beinhaltet keine Entfernung der Haut des Patienten an anderer Stelle und begrenzt die Narbenbildung. Bei der Herstellung künstlicher Haut werden Kollagen-ECMs auf die Wunde gelegt, möglicherweise mit Zusatz von Keratinozyten (basische Hautzellen), die den Wundverschluss beschleunigen.

BEI Arbeit 2015 wurde unter der Leitung von Tseranis beschrieben, wie die Stützstruktur für Zellen die Hautregeneration unterstützt. Dies bestätigt die in anderen Studien erwähnten Beweise, dass das Anhaften von Zellen an der ECM eine notwendige Bedingung für ihr Wachstum und ihre Entwicklung ist. Jüngste Entdeckungen scheinen das Problem der Bildung von Haarfollikeln und Nervenenden zu lösen.

Es ist noch viel zu tun


Behandlung des Längsschnitts des Rückenmarks mit einer bioaktiven therapeutischen Stützstruktur. Axone (rot) sind im beschädigten Gewebe nachgewachsen.

Anscheinend wird es noch lange dauern, bis wir einem Patienten aus seinen eigenen ISCs ein Ersatzherz züchten können. In letzter Zeit hat sich die Forschung hauptsächlich darauf konzentriert, Zellen aus einem vorhandenen Herzen zu entfernen und sie dann durch Zellen des Patienten zu ersetzen (Galves-Monton et al., 2012). Wenn es möglich ist, eine künstliche Stützstruktur zu schaffen und sie mit Zellen zu besiedeln, die aus den ISCs des Patienten stammen, wäre dies eine ausgezeichnete Behandlungsoption.

Es könnte vorerst einfacher sein, das Nachwachsen von Nerven im Rückenmark nach einer Verletzung zu einem Standardverfahren zu machen. Im Artikel Alvarez et al., 2021 (Pressemitteilung) beschreibt die neuesten Fortschritte bei künstlichen Stützstrukturen, die helfen, Nerven und Blutgefäße zu regenerieren und Narbenbildung zu reduzieren. Die Arbeit gibt Hoffnung, dass Rückenmarksverletzungen eines Tages vollständig wiederhergestellt werden können.

Wenn wir zur Analogie mit Maschinen zurückkehren, dann ist der menschliche Körper eher kein Auto oder eine Maschine, sondern ein Gerät mit komplexen elektronischen Schaltungen und Komponenten, die auf dem Knie montiert sind. Diese Komplexität erfordert ein tieferes Verständnis und fortschrittlichere Tools, damit die Wiederherstellung effizienter und die Ergebnisse besser sind.

Allerdings rettet die Regenerative Medizin beispielsweise schon heute das Leben von Brandopfern und verbessert das Leben unzähliger anderer Menschen. Und wenn sich die Forschung in funktionierende Therapien verwandelt, werden wir allmählich von „Sie müssen lernen, damit zu leben“ zu dem optimistischeren „Warte eine Weile, bis es wieder nachwächst“ – sei es ein verwundeter Kriegsveteran oder ein Opfer von Unfall.

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